Hva er elektromagnetiske metamaterialer?

Elektromagnetiske metamaterialer er forbindelser konstruert for å ha unike strukturelle så vel som kjemiske egenskaper som ikke er naturlige for materialene selv. Det lages nanoskalaoverflater som kan påvirke metamaterialets reaksjon på vanlig lys, så vel som andre typer stråling som mikrobølgestråling ved at strukturelle trekk er mindre i størrelse enn den faktiske bølgelengden til stråling. Egenskaper som slike elektromagnetiske metamaterialer blir ofte laget for å vise inkluderer unike dielektriske effekter, så vel som en negativ brytningsindeks med sølvmetamaterialer, som kan brukes til å lage en superlens som kan løse funksjoner noen få nanometer i størrelse eller brukes til å se det indre av ikke-magnetiske gjenstander.

Mens elektromagnetiske metamaterialer har et bredt spekter av potensielle anvendelser, har fokuset for mye av forskningen på slike materialer som i 2011 vært i mikrobølgeteknikk for avanserte antenner og andre magnetrelaterte systemer. Disse kunstig strukturerte materialene er i stand til å utvikle magnetismefunksjoner i nærvær av mikrobølgefelt eller terahertz-infrarøde felt som eksisterer direkte mellom mikrobølgeovn og synlig lysområde i det elektromagnetiske (EM) spekteret. Slike materialer ville ellers være ikke-magnetiske, og stimulering av denne egenskapen i dem omtales i fysikk som å skape Venstrehånds (LH) oppførsel. Å skape en slik oppførsel i ikke-magnetiske enheter ville være instrumentalt i fremstillingen av avanserte filtre og stråleskiftende eller faseforskyvende elektronikk.

Bruken av metamaterialer vil ytterligere minimere elektroniske komponenter, samt gjøre kretsløp og antenner mer selektiv mottagelige eller ugjennomtrengelige for forskjellige bånd i EM-serien. Et eksempel på en applikasjon for et bedre nivå av kontroll over elektromagnetiske bølger vil være i GPS-teknologi (Global Positioning System) som kan overføre eller blokkere et mer presist posisjonssignal enn det som er mulig i militære målretting og fastkjøringsmiljøer. Denne forbedrede evnen gjøres mulig ved det faktum at elektromagnetiske metamaterialer er en kunstig strukturert materialform som både interagerer og styrer omgivende elektromagnetiske bølger, noe som gjør materialene til både sendere og mottakere.

Typene metamaterialer som demonstrerer disse egenskapene, har strukturelle trekk konstruert i målestokken av angstrømmen, eller i en størrelse på omtrent en tidel av et nanometer. Dette krever felles innsats fra flere fagfelt for å bygge slike materialer, inkludert fysikk, kjemi og ingeniørfag innen nanoteknologi og materialvitenskap. Gull-, sølv- og kobbermetaller, så vel som plasma og fotoniske krystaller er materialer som har blitt brukt til å konstruere slike elektromagnetiske metamaterialer, og etter hvert som vitenskapen utvikler seg, finner bruk av metamaterialer stadig større anvendelser innen optikkfeltet. Det er teoretisert at etter hvert en form for elektromagnetisk usynliggjøringsfelt kan genereres av slike metamaterialer, der synlig lys kan bøyes rundt dem for å skjule deres nærvær.